Bahan Ajar

BAHAN AJAR
USAHA DAN ENERGI

Identitas Sekolah : SMA

Mata Pelajaran : Fisika

Kelas / Semester : XI IPA / I

Topik : Usaha dan Energi

Alokasi Waktu : 16 JP

PETUNJUK BELAJAR

Untuk Siswa
a) Bacalah doa sebelum memulai pelajaran!
b) Pahami tujuan pembelajaran yang akan dicapai dalam materi ini!
c) Bacalah materi dengan seksama dan tambah dengan sumber lain yang relevan!
d) Kerjakan soal-soal yang terdapat dalam bahan ajar ini!

Untuk Guru
a) Bimbinglah siswa dalam mempelajari bahan ajar ini
b) Bimbinglah siswa dalam dan mengerjakan soal-soal pada bahan ajar ini

KOMPETENSI INTI (KI)

KI 1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
KI 2. Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong,

kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap
sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara
efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai
cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
KI 3. Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual,
prosedural, dan metakognitif berdasar-kan rasa ingin tahunya tentang ilmu
pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan

KI 4. kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena
dan kejadian, serta menerap-kan pengetahuan prose-dural pada bidang kajian yang
spesifik sesuai dengan bakat dan minat-nya untuk memecahkan masalah.
Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkrit dan ranah abstrak terkait
dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak
secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metode sesuai kaidah
keilmuan.

KOMPETENSI DASAR (KD)

3.9 Menganalisis konsep energi, usaha, hubungan usaha dan perubahan energi, dan
hukum kekekalan energi untuk menyelesaikan permasalahan gerak dalam kejadian
sehari-hari.

4.9 Menerapkan konsep gaya, dan kekekalan energi untuk menyelesaikan masalah
dengan menggunakan metode ilmiah.

INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI DASAR (IPKD)

KD Indikator
3.9 3.9.1 Menjelaskan pengertian usaha.

3.9.2 Menganalisis hubungan usaha, gaya, dan perpindahan.
3.9.3 Menghitung besarnya usaha pada suatu benda.
3.9.4 Mendefinisikan konsep usaha.
3.9.5 Menjelaskan pengertian energi.
3.9.6 Menentukan macam-macam energi.
3.9.7 Menganalisis energi kinetik dan energi potensial.
3.9.8 Menganalisis hubungan usaha dengan energi kinetik.
3.9.9 Menganalisis hubungan usaha dengan energi potensial.
3.9.10 Mendefinisikan hubungan usaha dan energi.
3.9.11 Menganalisis hukum kekekalan energi.
4.9 4.9.1 Melaksanakan pengamatan tentang permasalahan konsep gaya dan kekekalan

energi berbantuan media Phet.
4.9.2 Menganalisis hasil pengamatan tentang permasalahan konsep gaya dan

kekekalan energi berbantuan media Phet.

4.9.3 Mempresentasikan hasil pengamatan tentang permasalahan konsep gaya dan
kekekalan energi berbantuan media Phet.

TUJUAN PEMBELAJARAN

Tujuan Pembelajaran

3.9.1.1 Siswa dapat menjelaskan pengertian usaha.
3.9.2.1 Siswa sapat menganalisis hubungan usaha, gaya, dan perpindahan.
3.9.3.1 Siswa dapat menghitung besarnya usaha pada suatu benda.
3.9.4.1 Siswa dapat mendefinisikan konsep usaha.
3.9.5.1 Siswa dapat menjelaskan pengertian energi.
3.9.6.1 Siswa dapat menentukan macam-macam energi.
3.9.7.1 Siswa dapat menganalisis energi kinetik dan energi potensial.
3.9.8.1 Siswa dapat menganalisis hubungan usaha dengan energi kinetik.
3.9.9.1 Siswa dapat menganalisis hubungan usaha dengan energi potensial.
3.9.10.1 Siswa dapat mendefinisikan hubungan usaha dan energi.
3.9.11.1 Siswa dapat menganalisis hukum kekekalan energi.
4.9.1.1 Siswa dapat melaksanakan pengamatan tentang permasalahan konsep gaya dan

kekekalan energi berbantuan media Phet.
4.9.2.1 Siswa dapat menganalisis hasil pengamatan tentang permasalahan konsep gaya dan

kekekalan energi berbantuan media Phet.
4.9.3.1 Siswa dapat mempresentasikan hasil pengamatan tentang permasalahan konsep gaya

dan kekekalan energi berbantuan media Phet.

PETA KONSEP
USAHA DAN ENERGI

Usaha Energi Potensial Dipengaruhi oleh
Energi Energi Kinetik ketinggian
Energi Mekanik
Dipengaruhi oleh
kecepatan

Hukum kekekalan
energi mekanik

MATERI PEMBELAJARAN

A. USAHA
 Pengertian Usaha

Perhatikanlah gambar orang yang sedang menarik balok sejaruh x meter!
Orang tersebut dikatakan telah melakukan kerja atau usaha. Namun perhatikan pula
orang yang mendorong dinding tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang
mendorong dinding tembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja. Meskipun
orang tersebut mengeluarkan gaya tekan yang sangat besar, namun karena tidak
terdapat perpindahan kedudukan dari tembok, maka orang tersebut dikatakan tidak
melakukan kerja. Dari ilustrasi diatas maka, bisa disimpulkan bahwa usaha dalam
fisika berkaitan dengan gaya dan perpindahan. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali
scalar (dot product) antara gaya dan perpindahan.

 Rumus Usaha

Gambar diatas menunjukkan balok yang diberi gaya F berpindah dari keadaan
awal ke keadaan akhir. Jika gaya yang diberikan kepada benda searah, usaha dapat
dirumuskan:

= ∆
Keterangan: w = usaha

F = gaya
∆ = perubahan posisi

Gambar diatas menunjukkan sebuah benda ditarik dengan gaya membentuk
sudut . Jika gaya yang diberikan membentuk sudut maka usaha dirumuskan :

= ∆
Keterangan: w = usaha

F = gaya
∆ = perubahan posisi
= sudut yang dibentuk

Satuan usaha dalam SI adalah Newton meter. Satuan ini juga disebut dengan
Joule. Dalam kehidupan sehari-hari usaha yang dilakukan bisa bernilai positif, negatif
ataupun nol. Contoh usaha yang bernilai adalah ketika seorang atlet mengerahkan
gaya ototnya untuk mengangkat barbell dari lantai keatas kepalanya, dikarenakan
barbell berpindah dari lantai keatas kepalanya. Contoh usaha yang bernilai nol adalah
ketika kamu memegang buku yang berat dan mempertahankan posisi buku tersebut
agar tetap didepan dada, meskipun kamu berjalan hilir mudik tetapi kamu tidak
melakukan usaha pada buku karena buku tersebut tidak berpindah.

KETERANGAN:
 Usaha sering dikatakan sebagai kerja
 Usaha bernilai positif berarti melakukan kerja
 Usaha bernilai negatif berarti menerima kerja

CONTOH SOAL!

Sebuah gaya F = 50 N bekerja pada sebuah benda
yang massanya 10 Kg sehingga benda berpindah
dalam arah horizontal sejauh 2 m. Gaya tersebut
membentuk sudut 600 terhadap arah perpindahannya.
Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya terhadap
benda ?

Jawab:

Dengan menggunakan persamaan
W = F cos Ө . s

W = (50N).(cos 600 )(2 m)

W = 50 J.

B. ENERGI
 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena pergerakannya.
Contoh energi kinetik adalah anak panah yang lepas dari busurnya sehingga
menancap pada target.

 Rumus Energi Kinetik

Perhatikan sebuah benda bermassa m yang diam pada permukaan licin, ketika
gaya F diberikan selama benda menempuh jarak s benda akan bergerak dengan
percepatan tetap a sampai kecepatan akhir v. usaha yang dilakukan benda seluruhnya
diubah menjadi energi kinetik pada keadaan akhir.

Jadi Ek = W.

 Gunakan Persamaan kecepatan dari GLBB
= 0 +
= 0 +
=

 Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB

∆ = 0 + 1 2
2

∆ = 0 + 1 ( )

2

∆ = 1

2

 Energi kinetik dapat ditulis:

= ∆ = ( ) 1 ) = 1 ( ) = 1 2
(2 2 2

 Energi Potensial

Energi potensial merupakan energi yang dimilki benda karena keadaan atau
kedudukannya (posisinya). Benda yang memiliki energi potensial cenderung untuk
melakukan usaha. Beberapa contoh energi potensial terlihat pada gambar berikut:
Pada waktu orang menarik tali busur lalu menahannya, tali busur mendapat energi.
Jika tali busur itu dilepaskan, anak panah akan melesat. Melesatnya anak panah ini
adalah akibat usaha yang dilakukan oleh tali busur. Ketika air terjun jatuh energi
potensialnya dapat diubah menjadi energi kinetik untuk menggerakan turbin pada
pembangkit listrik PLTA. Bekas lekukan kelapa yang jatuh di atas permukaan tanah
menunjukkan energi potensial yang dimiliki kelapa akibat jatuh dari pohonnya yang
tinggi. Energi potensial yang disebabkan oleh perubahan panjang dinamakan energi
potensial elastis, yang besarnya adalah:

= 1 kx2
2

Dengan k adalah tetapan elastisitas pegas (N/m) dan x adalah perubahan
panjang benda (m). Contohnya adalah orang menarik busur, pegas yang dipakai pada
pena.

Energi potensial yang disebabkan karena kedudukannya terhadap permukaan
bumi di namakan energi potensial gravitasi, besarnya adalah:

Ep = m.g.h

Dengan m adalah massa benda (kg), g adalah percepatan gravitasi (m/s2 ), dan
h adalah ke dudukan benda terhadap permukaan bumi (m). contohnya adalah air

terjun sebagai sumber PLTA dan kelapa yang jatuh dari pohonnya.

 Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi
mekanik dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan:

Em = Ep + Ek
Keterangan :

Em = energi mekanik
Ep = energi potensial
Ek = energi kinetik

 Usaha dan Energi Kinetik

Usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama
dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda tersebut yaitu energi kinetik
akhir dikurang energi kinetik awal.

Sebuah balok diberi gaya F dan dengan kecepatan awal Vo

F = ma

F ∆x = ma(∆x)

a ∆x = ( 22 − 12)

2

F ∆x = m ( 22 − 12)

2

F ∆x = 1 22 − 1 12
2 2

F ∆x = Ek2 − Ek1

 Usaha dan Energi Potensial

Disekitar suatu benda bermassa terdapat medan gravitasi. Benda yang
bermassa m yang berada didekat permukaan bumi akan mengalami gaya gravitasi
konstan. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat w ketika berpindah dari posisi 1
dengan ketinggian h1 keposisi 2 dengan ketinggian h2 adalah:

W = (ℎ2 − ℎ1)

 Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Jika pada suatu system bekerjagaya-gaya dalam yang bersifat konservatif
maka energi mekanik sistem pada posisi apa saja selalu tetap.

Menurunkan hukum kekekalan energi mekanik Kita tinjau energi potensial
gravitasi, andai pada sebuah benda hanya bekerja gaya beratnya sendiri dan F lain
sama dengan nol. Benda tersebut kemuadian jatuh bebas tanpa gesekan udara maka:

Dari teorema usaha energi
W = ∆

Maka,
∆ = −∆

2 − 1 = 1 − 2
2 − 1 = 2 − 2

1 = 2
Keterangan:

W = usaha
∆ = perubahan energi kinetik
∆ = perubahan energi potensial
1 = energi kinetik awal
2 = energi kinetik akhir
1 = energi potensial awal
2 = energi potensial akhir

 Penerapan Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Buah jatuh bebas dari pohonnya

Pada peristiwa ini saat buah jatuh energi potensialnya makin berkurang
sedang energi kinetiknya bertambah tetapi energi mekaniknya pada posisi apa saja
adalah konstan.
Lompat galah

Saat pelompat berlari energi kimia dirubah menjadi energi kinetik, saat
pelompat menancapkan galahnya energi kinetik disimpan sementara dan menjadi energi
potensial. Ketika galah melurus sebagian energi potensial dirubah menjadi energi
kinetik. Saat pelompat melepaskan pegangannya , ia akan menempuh lintasan parabola
yang melengkung naik menyebabkan energi kinetiknya berkurang menjadi energi
potensial gravitasi, sampai pada titik tertinggi ia akan menempuh lintasan melengkung
turun sehingga energi potensial garvitasi berubah menjadi energi kinetik sesaat
sebelum menyentuh tanah energi potensial telah dirubah seluruhnya menjadi energi
kinetik.

LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK (LKPD)
Sub Materi Energi

Nama :

Nomor Absen:

Kelompok :

Kelas :

Tujuan :

1. Siswa dapat mengidentifikasi konsep energi dalam kehidupan sehari hari.
2. Siswa dapat mengindentifikasi energi potensial dalam kehidupan sehari hari.
3. Siswa dapat mengidentifikasi energi kinetik dalam kehidupan sehari hari.

Dasar Teori

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Satuan energi dalam
Sistem Internasional (SI) adalah joule (J). Dalam percobaan ini akan membahas mengenai
energi mekanik. Energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi
kinetik. Secara matematis persamaan energi mekanik dapat ditulis sebagai berikut.

Em = Ep + Ek
Dengan : Em = energi mekanik (J)

Ep = energi potensial (J)
Ek = energi kinetik (J0
1. Energi Potensial
Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian
tertentu dari permukaan bumi. Secara matematis energi potensial gravitasi dapat
dituliskan sebagai berikut.
Ep = mgh
Dengan : Ep = energi potensial (J)
m = massa benda (kg)

g = konstanta gravitasi (m/s^2)
h = ketinggian (m)
2. Energi Kinetik
Besarnya energi kinetik dipengaruhi oleh massa dan kecepatan benda. Secara
matematis energi kinetik suatu benda dapat ditulis sebagai berikut.
Ek = ½ mv^2
Dengan : Ek = energi kinetik (J)

m = massa benda (kg)
v = kecepatan (m/s^2)

Alat dan bahan

1. Komputer
2. Phet

Prosedur Percobaan

1. Siswa mengakses link simulasi praktikum berikut ini :
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-
park-basics_in.html

2. Meletakkan benda atau beban pada lintasan kiri atas
3. Menekan tombol play untuk membuat benda tersebut bergerak

4. Klik “Bar Graph” untuk melihat grafik batang atau location menunjukkan lokasi
dengan percepatan gravitasi yang berbeda-beda sesuai dengan tempatnya

Diskusi

1. Bagaimana besar energi potesial ketika massa berada di titik terendah?
2. Bagaimana besar energi kinetik ketika massa berada di titik terendah?
3. Bagaimana besar energi potensial ketika massa berada di titik tertinggi?
4. Bagaimana besar energi kinetik ketika massa berada di titik tertinggi?

Pembahasan

Jelaskan hubungan antara energi potensial dan energi kinetik pada peristiwa percobaan
tersebut!.

Kesimpulan

Buatlah kesimpulan tentang hasil percobaan yang telah anda lakukan!.

Nilai TTD Komentar

Guru Orang Tua Guru Orang Tua

Mengetahui,
Malang, 9 Maret 2021

Miladia Nur Iasha
NIM : 180321614597

EVALUASI

A. Pilihan Ganda
Pilihlah satu jawaban yang tepat!

1. Berikut adalah pernyataan yang benar mengenai usaha, kecuali….
a. Usaha adalah hasil kali komponen gaya dengan perpindahan
b. Gaya adalah besaran skalar dan perpindahan adalah besaran vektor
c. Satuan Usaha dalam SI adalah Joule
d. Usaha terjadi jika benda yang diberi gaya berpindah

2. Dalam fisika, definisi energi adalah…..
a. Kemampuan untuk melakukan usaha
b. Hasil kali antara gaya dengan peapindahan
c. Energi yang dimiliki benda karena pergerakannya
d. Ukuran kesukaran untuk meghentikan suatu benda

3. Berikut adalah peristiwa yang menghasilkan usaha, kecuali…
a. Atlet menggerakkan ototnya untuk mengangkat barbel dari lantai keatas kepalanya
b. Ani berusaha keras mendorong mobil tapi mobil tersebut tidak bergerak
c. Traktor menarik kereta luncur pengngkut kayu menuju tepi sungai
d. Andi menendang bola hingga bola tersebut mencapai gawang

4. Manakah yang termasuk kelompok energi…..
a. Energi mekanik, energi kalor, energi fisik, energi elektromagnetik
b. Energi fisik, energi cahaya, energi listrik, energi megnet
c. Energi mekanik, energi cahaya, energi kalor, energi fisik
d. Energi mekanik, energi elektromegnetik, energi nuklir, energi kalor.

5. Laju usaha yang dilakukan atau besar usaha persatuan waktu adalah definisi dari…
a. Energi
b. Perpidahan
c. Usaha
d. Daya

6. Dua mobil yang memiliki berat yang sama, mobil pertama mendaki bukit dengan
waktu 5 detik dan mobil kedua mendaki bukit dalam waktu 7 detik, pernyataan
yangbenar mengenai kedua mobil adalah…
a. Kedua mobil memiliki daya yang sama
b. Mobil pertama memiliki daya lebih besar dari mobil kedua
c. Mobil pertama memiliki daya lebih kecil dari mobil kedua
d. Kedua mobil tidak menghasilkan daya

7. Energi potensial terdapat pada peristiwa berikut kecuali…
a. Buah kelapa yang tergantung dipohon
b. Buah kelapa yang sedang jatuh dari pohon
c. Buah kelapa tepat akan jatuh ditanah
d. Buah kelapa yang ditendang andi

8. Sebuah benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 2 m pada acuan bidang tertentu.
Kemudian benda tersebut dipindahkan pada ketinggian tertentu dengan perubahan
energipotensial sebesar 60 j. Jika g= 10 m/s tentukan ketinggian benda sekaranag…
a. 3 m
b. 4 m
c. 5 m
d. 6 m

9. Energi kinetik didefinisikan sebagai…
a. Energi yang dimiliki benda karena pergerakannya.
b. Energi yang dimiliki benda karena kedudukannya
c. Energi yang tersimpan pada saat benda tersebut diam

d. Usaha yang dilakukan benda persatuan waktu

10. Sebuah benda bermassa 4 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus
dengan percepatan 3 m/s2 . Usaha yang diubah menjadi energi kinetik selama 2
sekon samadengan E
a. 6 J
b. 12 J
c. 24 J
d. 48 J
e. 72 J

B. Uraian

1. Jelaskan pengertian usaha dan sebutkan contoh peristiwa yang menghasilkan usaha
dalam kehidupan sehari-hari!

2. Sebuah batu dengan massa 5 kg mula-mula diam dipermukaan bumi kemudian dilempar
vertical keatas pada ketinggian 1 meter dengan kelajuan 10 m/s. berapa usaha yang
dilakukan batu untuk mencapai titik tertinggi?

3. Seorang peloncat indah dengan berat 640 N meloncat dari sebuah papan menara yang
memiliki ketinggian 10 m dari permukaan air. Jika peloncat mendorong papan luncur
sehinnga ia meninggalkan papan dengan kelajuan awal 2 m/s tentuan kelajuan peloncat
itu saat berada pada ketinggian 5 m di atas permukaan air!